[发明专利]一种塔式太阳能闭式带压吸热系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于塔式太阳能的吸热系统及方法。

背景技术

现有的塔式太阳能吸热换热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的高温储罐、蒸汽发生器、过热器、低温储罐和循环泵，它们依次串联形成循环回路；工作时，循环泵将介质由低温罐送入吸热器、吸热后流入高温储罐，高温介质再去加热水工质并产生过热蒸汽供发电，放热后的介质再流入低温储罐。目前，大型塔式光热电站吸热塔高度达200米左右，吸热器就设于吸热塔上，而且所需的传热介质流量很大，因此将传热介质由地面提升至塔顶吸热器需要消耗较多能量，需要大流量、大扬程、大功率的泵，加之泵的液下深度达10多米，因而对泵的要求也很高。在实际工程中，一是泵的选取难以实现国产化而被迫选用昂贵进口泵，同时泵功率大、电耗大，从而也大大增加了系统投资和运行成本；二是储罐均在常压下工作，由泵提供动力将传热介质输送至塔顶吸热器，而介质吸热后回落过程中不仅势能被浪费，而且还需要配备减压装置以免储罐超压，增加设备成本，安全性较差；三是在系统运行过程中，由于太阳光照的不稳定，使得吸热器处于不稳定运行状态，进入储罐的工质温度波动较大，当突然出现光照不足时还可能发生传热介质凝固等事故，难以保证系统的正常工作；四是进入到吸热器的都是低温工质，导致吸热器的启动时间较长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种塔式太阳能闭式带压吸热系统及方法，它具有投资成本和运行成本低、安全性好、吸热器启动时间较短的优点，并保证系统长期的正常工作。

为了达到上述目的，本发明的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的换热器，吸热器的出口与换热器的进口通过管路连接，其特征在于：还包括位于低位的存储缓冲罐，在存储缓冲罐上联有吸热介质加入管，在高于吸热介质加入管的存储缓冲罐上还联有进气管和排气管，在进气管、排气管和吸热介质加入管上均设有阀门，存储缓冲罐的一侧通过管路与换热器的出口连接，存储缓冲罐的另一侧通过管路与循环泵进口相连，循环泵出口通过管路与吸热器的进口相连，吸热器通过管路与一排空阀相连，排空阀高于吸热器；

本发明用于上述塔式太阳能闭式带压吸热系统的吸热方法，其特征在于包括以下步骤：A)关闭进气管上的阀门，打开关闭排气管和吸热介质加入管上的阀门及排空阀；B)通过吸热介质加入管向存储缓冲罐中加入足够量的吸热介质，再关闭排气管上的阀门，打开进气管上的阀门，通过进气管向存储缓冲罐充入带压气体，随着存储缓冲罐中压力的上升，吸热介质将在气体压力的作用下，克服重力的作用，顺着存储缓冲罐两侧的管路，逐渐往上流动，直至吸热介质充满排空阀以下循环回路中的所有空间，再关闭排空阀；C)待吸热器出口压力达到设定值后，关闭进气管上的阀门；D)启动循环泵，吸热介质将在循环泵的作用下在系统中循环流动，通过吸热器吸收太阳能，再传递给换热器；

本发明通过系统带压运行，吸热介质自塔顶下落的势能得到充分合理的利用，由循环泵提供的动力需求大大减小，只需克服介质在回路中循环流动的阻力，不仅降低对循环泵的技术要求，也大大降低系统运行功耗，同时该回路的闭合稳定运行也将提高整个系统的稳定性和安全性，具有投资成本和运行成本低、安全性好的优点；另外，在吸热器启动阶段，可以暂不启动换热器，只是吸热介质循环受热，这样可缩短吸热器启动时间；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述循环泵的两端通过旁路阀相连；通过打开旁路阀，可让吸热介质快速充满存储缓冲罐与吸热器之间的管路；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述换热器为间壁式换热器，换热器的蓄热介质出口与高温储罐相连，在低温储罐与换热器之间设有蓄热介质循环泵，高温储罐与低温储罐之间设有蒸汽发生及过热装置；在步骤D)中，当太阳光照充足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质正向流动；当太阳光照不足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质反向流动，即蓄热介质由高温储罐流向换热器，使用蓄热介质通过换热器加热吸热介质，将其升温至较高温度，以避免吸热介质的凝固和吸热器降温过快造成过大的热疲劳，保证系统长期的正常工作；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述存储缓冲罐下端联有排料管，排料管上设有排料阀；当停运循环泵后，可以根据电站运行要求决定是否打开排料阀，排出存储缓冲罐中的吸热介质。